CN112485868A - 一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构 - Google Patents

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Abstract

一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，包括复合光电板、光电转换器；所述光电转换器固定设置在电印制板上板面，其两者之间的导电线路电性连接，实现光电转换器与复合光电板之间的电连接；所述光波导背板设置有若干阵列波导，所述波导上设有波导球形凹面镜；所述光电转换器上设有光耦合模块，光耦合模块设置有若干阵列光纤；光耦合模块上的阵列光纤与阵列波导的波导球形凹面镜相对应，实现光电转换器与复合光电板之间的光耦合连接；本发明相比以往的电印制板和背板光信号的互连方式，具有占用空间小、可靠性高、有利于设备的使用保养及维修等优点。

Description

一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构
技术领域
本发明涉及光电转换器结构及光电转换器与复合光电板的光电信号连接技术领域，具体涉及一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构。
背景技术
目前电印制板和背板光信号的互连方式为：电印制板上焊接或表贴有将光电信号转换的光电转换模块，光电转换模块上预留标准MT接口；电印制板边缘装有板间光纤连接器，电光转换模块通过MT光纤带缆连接至板间光纤连接器；相对应地，背板上装有与板间光纤连接器相配合的板间光纤连接器插座，通过板间光纤连接器与板间光纤连接器插座对插，实现电印制板上的光信号传递到背板上；以上这种电印制板和背板光信号的互连方式存在以下三个问题：一、光纤带缆及两端的MT连接件占用空间过大，对于空间要求较高的设备来说，实现困难；二、因光传输连接中间件过多，因此连接可靠性差，对于应用于振动环境的设备，其故障率偏高；三、因MT光纤带缆位于电印制板表面，当MT光纤带缆数量较多时，存在MT光纤带缆分布杂乱、需要捆扎固定的问题，同时MT光纤带缆遮盖了电印制板表面的电子元器件，因此不利于设备的使用保养及维修。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，包括复合光电板、光电转换器；所述复合光电板包括电印制板、光波导背板，其两者上下层叠设置、固定连接，构成复合光电板；所述光电转换器固定设置在电印制板上板面，其两者之间的导电线路电性连接，实现光电转换器与复合光电板之间的电连接；所述光波导背板设置有若干阵列波导，所述波导上设有波导球形凹面镜；所述光电转换器上设有光耦合模块，光耦合模块设置有阵列光纤；所述光电转换器的光耦合模块设置在电印制板的光电转换器安装孔中，光耦合模块上的阵列光纤与阵列波导的波导球形凹面镜相对应，实现光电转换器与复合光电板之间的光耦合连接。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，包括复合光电板、光电转换器；所述复合光电板包括电印制板、光波导背板，其两者上下层叠设置、固定连接；所述光电转换器固定设置在电印制板上板面，其两者之间通过导电线路实现光电转换器与复合光电板之间的电连接；
所述光波导背板设置有若干阵列波导，所述波导上设有波导球形凹面镜，用于光电转换器与复合光电板的波导之间光信号的垂直转向耦合，同时波导球形凹面镜具有聚焦作用，防止光信号在垂直转向时出现光信号发生发散现象，以降低光信号垂直转向耦合的衰减；所述电印制板上设有光电转换器安装孔，其用于光电转换器的安装；所述光电转换器上设有光耦合模块，光耦合模块设置有阵列光纤，光纤用于光电转换器与复合光电板之间的光信号耦合；所述光电转换器的光耦合模块设置在电印制板的光电转换器安装孔中，其端面与光波导背板最上层的包层接触，光耦合模块上的阵列光纤与阵列波导的波导球形凹面镜相对应。
进一步的，所述光电转换器包括光耦合模块、光电转换器电印制板、光电转换器基板；
所述光耦合模块上设置有阵列光纤，阵列光纤两端面经研磨抛光处理，用于光电转换器与复合光电板之间的光信号耦合；
所述光电转换器电印制板上设有光耦合模块安装孔，其用于光耦合模块与光电转换器电印制板之间的定位及安装；光电转换器电印制板上板面固定设置有阵列激光器驱动器或阵列光探测器限幅放大器，阵列激光器驱动器或阵列光探测器限幅放大器与光电转换器电印制板的导电线路电性连接；其中阵列激光器驱动器用于驱动裸晶阵列激光器；其中阵列光探测器限幅放大器为低噪声放大器，用于裸晶阵列光探测器将光信号转换为电信号的限幅放大；
所述光电转换器基板其材质为陶瓷片或硅晶片，厚度为0.2MM，光电转换器基板通过激光加工有阵列基板通光孔，其板面通过真空溅镀制作有导电线路；光电转换器基板在上板面通过共晶焊接或用异方性导电胶粘结，将裸晶阵列激光器或裸晶阵列光探测器倒装固定设置在光电转换器基板上，实现裸晶阵列激光器或裸晶阵列光探测器与光电转换器基板的导电线路电性连接，且裸晶阵列激光器的各个激光器或裸晶阵列光探测器的各个光接收器与基板通光孔相对应；裸晶阵列激光器的各个激光器发射的激光可通过基板通光孔传送出去，同时通过基板通光孔传输过来的光信号可照射在裸晶阵列光探测器的各个光接收器上；
所述光电转换器基板通过共晶焊接固定设置在光电转换器电印制板上板面，实现两者之间的导电线路的电性连接；所述裸晶阵列激光器与阵列激光器驱动器通过光电转换器基板和光电转换器电印制板的导电线路实现电性连接；所述裸晶阵列光探测器与阵列光探测器限幅放大器通过光电转换器基板和光电转换器电印制板的导电线路实现电性连接；
所述光耦合模块固定设置在光耦合模块安装孔中，其上端面与光电转换器基板下板面接触设置，光耦合模块的阵列光纤与阵列基板通光孔相对应。
进一步的，所述光电转换器下端面固定设置有光电转换器定位柱，其用于光电转换器与复合光电板连接时的定位；光电转换器上部固定设置有光电转换器保护壳，用于保护光电转换器内设置的裸晶阵列激光器、裸晶阵列光探测器、阵列激光器驱动器、阵列光探测器限幅放大器等电子元器件，同时光电转换器保护壳还用于将光电转换器内设置的各电子元器件工作时产生的热量传递出去，起到散热的目的。
优选的，所述光纤为单模光纤或多模光纤。
优选的，所述光耦合模块上设置有阵列自聚焦透镜。
优选的，所述光耦合模块上下端面设置有阵列、成对微透镜。
进一步的，所述波导球形凹面镜的焦平面位于光波导背板最上层包层的上表面。
进一步的，所述光波导背板上设有光电转换模块定位孔，为保证光电转换模块定位孔位置的准确性，在波导芯层制备时，设置有与光电转换模块定位孔相同位置及尺寸的mark点作为工艺基准点，该mark点与波导光路设计一起作为掩膜板，保证mark点位置的精确性；在波导制备完成后，采用激光打孔的方式加工出光电转换模块定位孔；光电转换模块定位孔也可以在制作光波导背板时同步制作，光波导背板的制作按照下包层、波导层、上包层、波导层、上包层……顺序依次进行，在依次制作下包层、波导层、上包层……时，通过UV光固化时，使用掩膜使光电转换模块定位孔处的聚合物保持未固化状态，洗去未固化的聚合物，自然形成光电转换模块定位孔；光电转换模块定位孔与光电转换器定位柱配合，用于光电转换器与复合光电板连接时的精确定位。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明公开的一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，包括复合光电板、光电转换器；所述复合光电板包括电印制板、光波导背板，其两者上下层叠设置、固定连接，构成复合光电板；所述光电转换器固定设置在电印制板上板面，其两者之间的导电线路电性连接，实现光电转换器与复合光电板之间的电连接；所述光波导背板设置有若干阵列波导，所述波导上设有波导球形凹面镜；所述光电转换器上设有光耦合模块，光耦合模块设置有阵列光纤；所述光电转换器的光耦合模块设置在电印制板的光电转换器安装孔中，光耦合模块上的阵列光纤与阵列波导的波导球形凹面镜相对应，实现光电转换器与复合光电板之间的光耦合连接；本发明的光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，相比以往的电印制板和背板光信号的互连方式，具有以下三个优点：一、取消了光纤带缆及两端的MT连接件，节省了光纤带缆及两端的MT连接件所占用空间；二、极大减少了光传输连接中间件，因此连接可靠性好，当用于振动环境的设备时，具有较高的可靠性；三、因取消了光纤带缆及两端的MT连接件，电印制板表面非常干净、整齐，所有电子器件均可目视查看到，因此有利于设备的使用保养及维修。
附图说明
图1为光电转换器与复合光电板连接耦合结构爆炸示意图；
图2为局部A放大示意图；
图3为光电转换器外观示意图；
图4为光电转换器剖面结构示意图；
图5为光电转换器结构爆炸示意图；
图6为光耦合模块外观示意图；
图7为光电转换器电印制板结构示意图；
图8为光电转换器基板结构示意图；
图9为光电转换器与复合光电板光信号耦合传输示意图。
图中：1、光波导背板；1.1、波导；1.1.1、波导球形凹面镜；1.2、光电转换模块定位孔；2、电印制板；2.1、光电转换器安装孔；3、光电转换器；3.1、光耦合模块；3.1.1、光纤；3.2、光电转换器定位柱；3.3、光电转换器电印制板；3.3.1、光耦合模块安装孔；3.4、光电转换器基板；3.4.1、基板通光孔；3.5、裸晶阵列激光器；3.6、裸晶阵列光探测器；3.7、阵列激光器驱动器；3.8、阵列光探测器限幅放大器；3.9、光电转换器保护壳；
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
实施例一：
一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，包括复合光电板、光电转换器3；所述复合光电板包括电印制板2、光波导背板1，其两者上下层叠设置、固定连接；所述光电转换器3固定设置在电印制板2上板面，其两者之间的导电线路电性连接；
所述光波导背板1设置有若干阵列波导1.1，所述波导1.1上设有波导球形凹面镜1.1.1，波导球形凹面镜1.1.1的焦平面位于光波导背板1最上层包层的上表面，波导球形凹面镜1.1.1两侧设有光电转换模块定位孔1.2；所述电印制板2上设有光电转换器安装孔2.1；所述光电转换器3上设有光耦合模块3.1，光耦合模块3.1设置有阵列单模光纤，其下端面固定设置有光电转换器定位柱3.2；所述光电转换器3的光耦合模块3.1设置在电印制板2的光电转换器安装孔2.1中，其端面与光波导背板1最上层的包层接触，光耦合模块3.1上的阵列单模光纤与阵列波导1.1的波导球形凹面镜1.1.1相对应；
所述光电转换器3包括光耦合模块3.1、光电转换器电印制板3.3、光电转换器基板3.4；
所述光电转换器电印制板3.3上设有光耦合模块安装孔3.3.1；光电转换器电印制板3.3上板面固定设置有阵列激光器驱动器3.7或阵列光探测器限幅放大器3.8，阵列激光器驱动器3.7或阵列光探测器限幅放大器3.8与光电转换器电印制板3.3的导电线路电性连接；
所述光电转换器基板3.4上设有阵列基板通光孔3.4.1，其板面设置有导电线路；光电转换器基板3.4上板面倒装固定设置有裸晶阵列激光器3.5或裸晶阵列光探测器3.6，裸晶阵列激光器3.5或裸晶阵列光探测器3.6与光电转换器基板3.4的导电线路电性连接，裸晶阵列激光器3.5的各个激光器或裸晶阵列光探测器3.6的各个光接收器与基板通光孔3.4.1相对应；
所述光电转换器基板3.4固定设置在光电转换器电印制板3.3上板面，其两者之间的导电线路电性连接；所述裸晶阵列激光器3.5或裸晶阵列光探测器3.6分别与阵列激光器驱动器3.7或阵列光探测器限幅放大器3.8通过光电转换器基板3.4和光电转换器电印制板3.3的导电线路电性连接；
所述光耦合模块3.1固定设置在光耦合模块安装孔3.3.1中，其上端面与光电转换器基板3.4下板面接触设置；光耦合模块3.1的阵列单模光纤与阵列基板通光孔3.4.1相对应；
光电转换器3上部固定设置有光电转换器保护壳3.9。
实施例二：
光耦合模块3.1设置有阵列多模光纤。
实施例三：
光耦合模块3.1设置有阵列自聚焦透镜。实施例四：
光耦合模块3.1设置有阵列、成对微透镜。本发明未详述部分为现有技术。

Claims (8)

1.一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：包括复合光电板、光电转换器(3)；所述复合光电板包括电印制板(2)、光波导背板(1)，其两者上下层叠设置、固定连接；所述光电转换器(3)固定设置在电印制板(2)上板面，其两者之间的导电线路电性连接；
所述光波导背板(1)设置有若干阵列波导(1.1)，所述波导(1.1)上设有波导球形凹面镜(1.1.1)；所述电印制板(2)上设有光电转换器安装孔(2.1)；所述光电转换器(3)上设有光耦合模块(3.1)，光耦合模块(3.1)设置有阵列光纤(3.1.1)；所述光电转换器(3)的光耦合模块(3.1)设置在电印制板(2)的光电转换器安装孔(2.1)中，其端面与光波导背板(1)最上层的包层接触，光耦合模块(3.1)上的阵列光纤(3.1.1)与阵列波导(1.1)的波导球形凹面镜(1.1.1)相对应。
2.根据权利要求1所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述光电转换器(3)包括光耦合模块(3.1)、光电转换器电印制板(3.3)、光电转换器基板(3.4)；
所述光耦合模块(3.1)上设置有阵列光纤(3.1.1)；
所述光电转换器电印制板(3.3)上设有光耦合模块安装孔(3.3.1)，其上板面固定设置有阵列激光器驱动器(3.7)或阵列光探测器限幅放大器(3.8)，阵列激光器驱动器(3.7)或阵列光探测器限幅放大器(3.8)与光电转换器电印制板(3.3)的导电线路电性连接；
所述光电转换器基板(3.4)上设有阵列基板通光孔(3.4.1)，其板面设置有导电线路；光电转换器基板(3.4)上板面倒装固定设置有裸晶阵列激光器(3.5)或裸晶阵列光探测器(3.6)，裸晶阵列激光器(3.5)或裸晶阵列光探测器(3.6)与光电转换器基板(3.4)的导电线路电性连接，裸晶阵列激光器(3.5)的各个激光器或裸晶阵列光探测器(3.6)的各个光接收器与基板通光孔(3.4.1)相对应；
所述光电转换器基板(3.4)固定设置在光电转换器电印制板(3.3)上板面，其两者之间的导电线路电性连接；所述裸晶阵列激光器(3.5)与阵列激光器驱动器(3.7)通过光电转换器基板(3.4)和光电转换器电印制板(3.3)的导电线路电性连接；所述裸晶阵列光探测器(3.6)分别与阵列光探测器限幅放大器(3.8)通过光电转换器基板(3.4)和光电转换器电印制板(3.3)的导电线路电性连接；
所述光耦合模块(3.1)固定设置在光耦合模块安装孔(3.3.1)中，其上端面与光电转换器基板(3.4)下板面接触设置；光耦合模块(3.1)的阵列光纤(3.1.1)与阵列基板通光孔(3.4.1)相对应。
3.根据权利要求2所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述光电转换器(3)下端面固定设置有光电转换器定位柱(3.2)，光电转换器(3)上部固定设置有光电转换器保护壳(3.9)。
4.根据权利要求2所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述光纤(3.1.1)为单模光纤或多模光纤。
5.根据权利要求2所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述光耦合模块(3.1)上设置有阵列自聚焦透镜。
6.根据权利要求2所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述光耦合模块(3.1)上下端面设置有阵列、成对微透镜。
7.根据权利要求1所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述波导球形凹面镜(1.1.1)的焦平面位于光波导背板(1)最上层包层的上表面。
8.根据权利要求1所述一种光电转换器及与复合光电板连接耦合结构，其特征是：所述光波导背板(1)上设有光电转换模块定位孔(1.2)。
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